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Divergência mínima

Publicado em 28 julho 2008

Agência FAPESP – Cientistas da Universidade de Harvard, em colaboração com pesquisadores do Centro de Fotônica de Hamamatsu, no Japão, demonstraram pela primeira vez um laser semicondutor altamente direcional com uma divergência de feixe muito menor que os lasers convencionais.

O estudo foi publicado na edição online deste domingo (27/7) da revista Nature Photonics e será publicada na edição impressa de setembro. De acordo com os autores, a inovação abre caminho para um amplo leque de aplicações em fotônica e comunicações. A Universidade de Harvard pediu patente da invenção.

A pesquisa foi coordenada por Nanfang Yu, Federico Capasso, Robert Wallace e Vinton Hayes, da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard, e por uma equipe liderada por Hirofumi Kan, do Grupo de Laser do centro japonês.

"Nossa inovação é aplicável a lasers semicondutores com emissão superficial ou lateral que operem em qualquer comprimento de onda – do visível aos de telecomunicações. É um primeiro passo importante para a engenharia de feixe de laser, com flexibilidade sem precedentes, sob medida para aplicações específicas”, disse Capasso.

De acordo com Capasso,o grupo tem o objetivo de conseguir, no futuro, o controle total do padrão espacial das emissões de semicondutores lasers, como um feixe totalmente colimado, feixes de pequena divergência em múltiplas direções, ou feixes que podem ser dirigidos a grandes ângulos.

Os lasers semicondutores são amplamente utilizados em produtos como dispositivos de comunicação cotidiana, tecnologias ópticas de gravação e impressoras a laser, mas eles têm pouca capacidade de direcionamento. Feixes divergentes de lasers semicondutores são focados ou colimados com lentes que normalmente exigem alinhamento óptico meticuloso.

Para superar essas limitações convencionais, os pesquisadores esculpiram uma estrutura metálica batizada de “colimador plasmônico” – que consiste em uma abertura e um padrão periódico de ranhuras de sub-comprimento de onda – diretamente na faceta de um laser de cascateamento quântico emitido em um comprimento de onda de 10 micra, na parte visível do espectro conhecida como meio-infravermelho, onde a atmosfera é transparente.

Fazendo isso, a equipe conseguiu reduzir dramaticamente o ângulo de divergência do feixe emergente do laser, de um fator de 25 graus para apenas poucos graus na direção vertical. “O laser manteve um elevado poder de saída óptica e pôde ser utilizado para sensoriamento químico na atmosfera, com aplicações em segurança e meio ambiente”, disse o cientista.

O artigo de Federico Capasso e outros pode ser lido por assinantes da Nature Photonics em www.nature.com/nphoton.